畢業(yè)設(shè)計---大型立式儲油罐結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　1 儲罐及其發(fā)展概況</p><p>　　油品和各種液體化學(xué)品的儲存設(shè)備—儲罐是石油化工裝置和儲運(yùn)系統(tǒng)設(shè)施的重要組成部分。由于大型儲罐的容積大、使用壽命長。熱設(shè)計規(guī)范制造的費(fèi)用低，還節(jié)約材料。</p><p>　　20世紀(jì)70年代以來，內(nèi)浮頂儲油罐和大型浮頂油罐發(fā)展較快

2、。第一個發(fā)展油罐內(nèi)部覆蓋層的施法國。1955年美國也開始建造此種類型的儲罐。1962年美國德士古公司就開始使用帶蓋浮頂罐，并在紐瓦克建有世界上最大直徑為187ft（61.6mm）的帶蓋浮頂罐。至1972年美國已建造了600多個內(nèi)浮頂罐。</p><p>　　1978年國內(nèi)3000m3鋁浮盤投入使用，通過測試蒸發(fā)損耗標(biāo)定，收到顯著效果。近20年也相繼出現(xiàn)各種形式和結(jié)構(gòu)的內(nèi)浮盤或覆蓋物[1]。</p>

3、<p>　　世界技術(shù)先進(jìn)的國家，都備有較齊全的儲罐計算機(jī)專用程序，對儲罐作靜態(tài)分析和動態(tài)分析，同時對儲罐的重要理論問題，如大型儲罐T形焊縫部位的疲勞分析，大型儲罐基礎(chǔ)的靜態(tài)和動態(tài)特性分析，抗震分析等，以試驗(yàn)分析為基礎(chǔ)深入研究，通過試驗(yàn)取得大量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了理論的準(zhǔn)確性，從而使研究具有使用價值。</p><p>　　近幾十年來，發(fā)展了各種形式的儲罐，尤其是在石油化工生產(chǎn)中大量采用大型的薄壁壓力容器。它易于制

4、造，又便于在內(nèi)部裝設(shè)工藝附件，并便于工作介質(zhì)在內(nèi)部相互作用等。</p><p><b>　　2 設(shè)計方案</b></p><p>　　2.1 各種設(shè)計方法</p><p>　　2.1.1 正裝法</p><p>　　此種方法的特點(diǎn)是指把鋼板從罐底部一直到頂部逐塊安裝起來，它在浮頂罐的施工安裝中用得較多，即所謂充水正

5、裝法，它的安裝順序是在罐低及二層圈板安裝后，開始在罐內(nèi)安裝浮頂，臨時的支撐腿，為了加強(qiáng)排水，罐頂中心要比周邊浮筒低，浮頂安裝完以后，裝上水除去支撐腿，浮頂即作為安裝操作平臺，每安裝一層后，將上升到上一層工作面，繼續(xù)進(jìn)行安裝。</p><p>　　2.1.2 倒裝法</p><p>　　先從罐頂開始從上往下安裝，將罐頂和上層罐圈在地面上安裝，焊好以后將第二圈板圍在第一罐圈的外圍，以第一罐圈

6、為胎具，對中點(diǎn)焊成圓圈后，將第一罐圈及罐頂蓋部分整體吊至第一、二罐圈相搭接的位置，停于點(diǎn)焊，然后在焊死環(huán)焊縫。用同樣的方法把下面的部分依次點(diǎn)焊環(huán)焊，直到罐底板的角接焊死即成。</p><p>　　2.1.3 卷裝法</p><p>　　將罐體先預(yù)制成整幅鋼板，然后用胎具將其卷筒，在運(yùn)至儲罐基礎(chǔ)上，將其卷筒豎起來，展成罐體裝上頂蓋封閉安裝而建成。</p><p>　

7、　2.2 各種方法優(yōu)缺點(diǎn)比較</p><p>　　2.2.1 正裝法</p><p>　　這種裝焊方法需要采用多種設(shè)備和裝配夾具，大多數(shù)裝配焊接都要搭腳手架，此外，裝配工作在吊架吊臺上工作，不僅操作不方便，不宜保證焊接質(zhì)量，還花費(fèi)時間，而且高空焊接薄鋼焊接容易變形，工序煩瑣，各工種相互制約，施工速度慢，也不安全，所以在大型儲罐中很少采用正裝法。</p><p>

8、　　2.2.2 倒裝法</p><p>　　這種方法不用搭腳手架，并且操作人員是在地面上工作，安全增加，有利于提高工程質(zhì)量，但相比于卷裝法來說，由于倒裝法也是在工地作用，因此勞動強(qiáng)度還是比較大，而卷裝法生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量上都比前兩中大有提高。</p><p>　　綜上所述，采用卷裝法。</p><p>　　2.3 油罐的基礎(chǔ)</p><p&g

9、t;　　為了確保有一個穩(wěn)定性，排水良好，具有足夠承載能力，必須建造油罐基礎(chǔ)或底座，大的油罐常需帶有混淋土的基礎(chǔ)，以便把整個基礎(chǔ)封閉起來，增加穩(wěn)定性。油罐基礎(chǔ)座，根據(jù)油罐的類型，容易滿足生產(chǎn)使用要求，地形、地貌、地基條件，以及施工技術(shù)條件的因素。合理選用的油罐基礎(chǔ)有以下常見幾種：護(hù)坡式基礎(chǔ)、環(huán)墻式基礎(chǔ)、外環(huán)墻式基礎(chǔ)、特殊構(gòu)造的基礎(chǔ)。</p><p>　　根據(jù)比較選用，護(hù)坡式基礎(chǔ)[2]。</p><

10、;p><b>　　3 罐壁設(shè)計</b></p><p>　　3.1 罐壁的強(qiáng)度計算</p><p>　　3.1.1 罐壁厚的計算</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中：—設(shè)計壓力：0.2（Mpa）；</p><p>　　—罐的內(nèi)

11、徑：15000（mm）；</p><p>　　—設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力230（Mpa）；</p><p>　　—焊縫系數(shù)：查表得0.9；</p><p>　　—鋼板的負(fù)偏差0.8（mm）；</p><p><b>　　—腐蝕裕度；</b></p><p>　　K—腐蝕，輕微腐蝕1.0（mm）；&

12、lt;/p><p>　　B—容器的使用壽命10年；</p><p>　　—壁厚減薄量0（mm）；</p><p><b>　　取</b></p><p>　　3.1.2 罐壁的應(yīng)力校核</p><p><b>　　(3.2）</b></p><p>&l

13、t;b>　　故滿足材料要求</b></p><p>　　按照試驗(yàn)應(yīng)力公式校核</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p>　　式中：—為材料的屈服極限,</p><p>　　而 </p><p><b>　　故滿足要求

14、。</b></p><p>　　3.2 儲罐的風(fēng)力穩(wěn)定計算</p><p>　　3.2.1 抗風(fēng)圈</p><p>　　浮頂儲罐沒有固定頂蓋，為使儲罐在風(fēng)載作用下保持上口圓度，以維持儲罐整體形狀，故需在儲罐上部整個圓周上設(shè)置一個抗風(fēng)圈。</p><p>　　3.2.2 抗風(fēng)圈所需要的最小截面系數(shù)WZ</p>&

15、lt;p>　　假定作用月儲罐外壁還風(fēng)面的風(fēng)后按正弦曲線分布。風(fēng)取分布范圍所對應(yīng)的抗風(fēng)圈區(qū)段為兩段較的圓拱，如圖3.1[4]所示，圓拱所對應(yīng)的圓心角為</p><p><b>　　60°</b></p><p>　　圖3.1 抗風(fēng)圈區(qū)段</p><p>　　儲罐上半部罐壁所承受的風(fēng)載荷有抗風(fēng)圈承擔(dān)</p><p

16、><b>　　(3.4)</b></p><p>　　式中—抗風(fēng)圈所必須的最小截面系數(shù)（m3）；</p><p>　　—材料許用應(yīng)力（Mpa）；</p><p><b>　　且 </b></p><p>　　—圓拱的跨中彎矩（N·m）；</p><p>&

17、lt;b>　?。?.5）</b></p><p>　　式中R—儲罐半徑.（m）；</p><p>　　—圓拱對應(yīng)的圓心角 ；</p><p>　　P0—罐壁駐點(diǎn)線上單位弧長的風(fēng)載荷（N·m）；</p><p>　　由風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得出 (3.6)</p><p>　　H—罐壁全

18、高（m）；</p><p>　　P1—設(shè)計風(fēng)速（N/m2）；</p><p>　　其中體形系數(shù)K1=,風(fēng)速高度變化，系數(shù)(取離地15m高處的值)</p><p>　　則有 (3.7)</p><p>　　式中D—儲罐直徑（m）；</p><p>

19、;　　—建罐地區(qū)的基本風(fēng)速（N/m2）；查表得550（N/m2）；</p><p>　　—抗風(fēng)圈所必須的最小截面系數(shù)（mm3）；</p><p>　　在選擇抗風(fēng)圈截面時，應(yīng)滿足使抗風(fēng)圈的截面系數(shù)</p><p><b>　　則有:</b></p><p><b>　　取 </b><

20、;/p><p>　　當(dāng)抗風(fēng)圈遇到盤梯而需開口時，應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)，使其斷面系數(shù)不低于 。開口的罐壁應(yīng)采用角鋼加強(qiáng)，角鋼兩端伸出開口的長度應(yīng)不小于抗風(fēng)圈的最小寬度?？癸L(fēng)圈腹板開口邊緣應(yīng)采用垂直安放的扁鋼加強(qiáng)。</p><p>　　抗風(fēng)圈的外周邊可以是圓形或多邊型，它可以采用型鋼或型鋼與鋼板的組合件制成。所用的鋼板最小厚度為5mm。角鋼的最小尺寸為63×6，如圖所示抗風(fēng)圈形式。為滿足強(qiáng)度條件，

21、抗風(fēng)圈本身的接頭必須采用全焊透的對接焊縫，抗風(fēng)圈與罐壁之間的焊接，上表面采用連續(xù)滿角焊，下面可采用斷焊。</p><p>　　3.2.3 加強(qiáng)圈計算</p><p>　　在風(fēng)載荷作用下，罐壁筒體應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核，防止儲罐被風(fēng)吹癟。判定儲罐的側(cè)壓穩(wěn)定條件為</p><p><b>　　(3.8)</b></p><p>

22、　　式中Pcr—罐壁許用臨界應(yīng)力（Pa）；</p><p>　　P0—設(shè)計外壓（Pa）；</p><p>　　罐壁許用臨界應(yīng)力的計算</p><p>　　由SH3046—92推薦的方法，得在外壓作用下的臨界壓力公式</p><p><b>　　(3.9)</b></p><p>　　式中Pcr—臨

23、界壓力（Pa）；</p><p>　　E—圓筒材料的彈性模量：192×109（Pa）；</p><p><b>　　—圓筒壁厚（m）；</b></p><p>　　D—圓筒直徑（m）；</p><p>　　L—圓角長度（m）；</p><p>　　罐壁設(shè)計外壓計算 </p&g

24、t;<p>　　罐壁設(shè)計外壓用下式表示，即</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　式中P0—罐壁設(shè)計外壓（Pa）；</p><p><b>　　—風(fēng)載荷體形系數(shù)；</b></p><p>　　—風(fēng)壓高度變化系數(shù)；</p><p>

25、　　—基本風(fēng)壓（Pa）；</p><p>　　—罐內(nèi)負(fù)壓（Pa）；</p><p>　　對固定頂儲罐，罐壁的設(shè)計外壓計算公式為：0</p><p><b>　?。?.11）</b></p><p>　　—基本風(fēng)壓（Pa）；</p><p><b>　　—風(fēng)載荷體形系數(shù)；</b>

26、;</p><p><b>　　故滿足要求。 </b></p><p><b>　　加強(qiáng)圈數(shù)量及間距</b></p><p>　　由于Pcr> P0，所以在罐壁上不需要設(shè)置加強(qiáng)圈。</p><p>　　3.3 儲罐的抗震計算</p><p>　　3.3.1 地震載荷

27、的計算</p><p><b>　　自震周期計算</b></p><p>　　儲罐的罐液耦連震動基本自震周期為</p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　式中 T1—儲罐的罐液耦連震動基本自震周期（s）；</p><p>　　e —自然對數(shù)的底：2

28、.718；</p><p>　　Hw—儲罐底面到儲液面的高度：10.5m；</p><p>　　—儲罐的內(nèi)直徑：15mm</p><p>　　—位于罐壁高度1/3處的罐壁名義厚度：10×10-3m</p><p><b>　　則</b></p><p>　　水平地震作用幾效應(yīng)計算<

29、/p><p><b>　?。?.14）</b></p><p><b>　　（3.15）</b></p><p>　　式中 —儲罐的水平地震作用（N）；</p><p>　　—水平地震影響系數(shù)，按罐液耦連震動基本自震周期確定</p><p>　　meq—等效質(zhì)量（Kg）；<

30、/p><p>　　mL—儲液質(zhì)量（Kg）；</p><p>　　g —重力加速度取9.81m/s2</p><p><b>　　—動液系數(shù)；</b></p><p>　　KZ—綜合影響系數(shù)取KZ=0.4；</p><p>　　水平地震作用對罐底的傾覆力矩</p><p><

31、;b>　　M1=</b></p><p>　　罐壁豎向穩(wěn)定許用臨界應(yīng)力計算</p><p>　　第一周罐壁的豎向穩(wěn)定臨界應(yīng)力</p><p><b>　　(3.16)</b></p><p><b>　　(3.17)</b></p><p>　　第一周罐壁穩(wěn)

32、定許用臨界應(yīng)力</p><p><b>　　(3.18)</b></p><p>　　式中 E—罐壁材料的彈性模量（Pa）；</p><p>　　D1—第一圈罐壁的平均直徑（m）；</p><p>　　—第一圈罐壁的有效厚度（m）；</p><p>　　H—罐壁的高度（m）； KC—系數(shù)； —

33、設(shè)備重要度差別；</p><p>　　3.3.2 抗震驗(yàn)算</p><p>　　罐底周邊單位長度上的提離力</p><p><b>　　（3.19）</b></p><p><b>　?。?.20）</b></p><p>　　式中 —罐底周邊單位長度上的提離力（N/m）；

34、</p><p>　　FL0—儲液和罐底的最大提離反抗力（N/m）；</p><p><b>　　當(dāng)其值大于時，??；</b></p><p>　　y—罐底環(huán)形邊緣板的屈服點(diǎn)（Pa）；</p><p>　　PX—儲液密度（Kg/m3）；</p><p>　　罐底周邊單位長度上的提離反抗力</p

35、><p><b>　?。?.21）</b></p><p>　　式中—罐底周遍單位長度上的提離反抗力（N/m）；</p><p>　　N1—第一圈罐壁底部所承受的重力（N）；</p><p>　　無錨固儲罐應(yīng)滿足的條件</p><p>　　罐底部壓應(yīng)力

36、 （3.22） </p><p>　　式中 —罐壁底部的豎向壓應(yīng)力（Pa）；</p><p>　　A1—第一圈罐壁的截面積， (m);</p><p>　　Z1—第一圈罐壁的截面抵抗矩，（m）；</p><p><b>　　由于 </b></p><p>　　所以采取用錨固螺栓通過螺栓

37、座把儲罐錨固在基儲上。</p><p><b>　　錨固螺栓應(yīng)力</b></p><p><b>　　（3.23）</b></p><p>　　式中—地腳螺栓的拉應(yīng)力，若0，則地腳螺栓的拉應(yīng)力為0（Pa）；</p><p>　　n —地腳螺栓的個數(shù)（20個）；</p><p>

38、;　　—個地腳螺栓的有效截面積（m3）；</p><p>　　Dr —地腳螺栓的中心圓直徑（m）；</p><p>　　]—地腳螺栓抗震設(shè)計的許用應(yīng)力（Pa）；</p><p><b>　　； ； ；</b></p><p><b>　　故滿足要求</b></p><p>

39、　　3.3.3 液面晃動波高計算</p><p><b>　　罐內(nèi)液面晃動波高</b></p><p><b>　??； ；</b></p><p>　　式中—浮頂影響系數(shù)，取0.85；</p><p>　　—阻尼修正系數(shù)，當(dāng)大于10s時，取=1.05；</p><p>　

40、　—地震影響系數(shù)，取0.82；</p><p><b>　　（3.24）</b></p><p><b>　　故取=1.05；</b></p><p>　　3.3.4 地震對儲罐的破壞</p><p>　　儲罐在地震時的破壞，重要有1.儲罐本身的震害，如浮頂沉沒，焊縫破裂，罐壁下部屈服等。2.液面

41、晃動對儲罐的危害，晃動造成的液體高度變化對罐壁產(chǎn)生的動液壓一般不大，但產(chǎn)生的沖擊力，有可能破壞罐頂和罐壁頂部的焊縫3.儲液負(fù)數(shù)設(shè)備和基礎(chǔ)發(fā)生破壞。</p><p>　　3.3.5 儲罐抗震加固措施</p><p>　　當(dāng)驗(yàn)算核實(shí)罐壁厚度不滿足抗震要求時，應(yīng)采取加補(bǔ)強(qiáng)板，加強(qiáng)環(huán)，支撐等加固措施。</p><p>　　加強(qiáng)板在最下層壁板圓孔以下罐內(nèi)（外）沿罐壁圓周增

42、設(shè)寬度不小于300mm，厚度不小于4mm的鋼板加強(qiáng)，加強(qiáng)板要和壁板底板焊牢，并保證焊接質(zhì)量</p><p>　　加強(qiáng)環(huán)可在罐內(nèi)或罐外設(shè)置，距離罐的水平焊縫不得小于150mm。加強(qiáng)環(huán)與罐壁連接成型，其截面尺寸按儲罐的直徑?jīng)Q定。見表3.1[1]。</p><p>　　表3.1 加強(qiáng)環(huán)尺寸</p><p><b>　　3.4 罐壁結(jié)構(gòu)</b><

43、;/p><p>　　3.4.1 截面與連接形式</p><p>　　罐壁為一個圓柱形的鋼板焊接結(jié)構(gòu)，由于該罐壁是等厚度的且較厚，因此各板之間采用對接，即所有的縱向焊縫及環(huán)焊縫均采用對接，這樣可以減輕自重。</p><p>　　罐臂的下部通過內(nèi)外角焊縫與罐底的邊緣板相連，上部有一圈包邊角鋼，這樣既可以增加焊縫的強(qiáng)度，還可以增加罐壁的剛性。</p><

44、p>　　在液壓作用下，罐壁中的縱向應(yīng)力是占控制地位的。即罐壁的流度實(shí)際上是罐壁的縱焊縫所決定的。因而壁板的縱向焊接接頭應(yīng)采用全焊透的對接型。常見的罐壁縱向焊接接頭如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 罐底縱向焊接接頭形式</p><p>　　為減少焊接影響和變形，相鄰兩壁板的縱向焊接接頭宜向同一方向逐圈錯開1/3板長，焊縫最小間距不小于1000mm。底圈壁板的縱向焊接接頭

45、與罐底邊緣板對接焊縫接頭之間的距離不得小于300mm。以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的對接如圖3.3。</p><p>　　圖3.3 以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的環(huán)向?qū)咏宇^形式</p><p>　　底層壁板與罐底邊緣板之間的連接應(yīng)采用兩側(cè)連續(xù)角焊。在地震設(shè)防烈度不大于7度的地區(qū)建罐，底層壁板與邊緣壁板之間的連接應(yīng)采用如圖的焊接形式，且角焊接頭應(yīng)圓滑過渡，而在地震小于7度的地區(qū)可取K2=K1[3] 。 </p>

46、;<p>　　圖3.4底層壁板與邊緣板的焊接</p><p>　　3.4.2 罐壁的開孔補(bǔ)強(qiáng)</p><p>　　罐壁上的開孔可為圓形，橢圓形，當(dāng)開設(shè)橢圓形時，孔的長徑與短徑之比應(yīng)不大于2.0，其長軸方向最好為環(huán)向。開孔補(bǔ)強(qiáng)計算采用等面積法，當(dāng)孔直徑D≤100mm時，可不考慮補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　罐壁開空按管補(bǔ)強(qiáng)板外緣與罐壁縱向焊接接頭的距離不

47、得小于250mm，與環(huán)向焊接接頭之間的距離不得小于100mm。</p><p>　　3.4.3 壁板寬度</p><p>　　壁板寬度越小，材料就越省。但環(huán)向接頭數(shù)就越多，增加安裝工作量。我國一般取壁板厚度不小于1600mm。</p><p>　　3.4.4 罐壁保溫結(jié)構(gòu)</p><p>　　與罐壁相焊接的保溫結(jié)構(gòu)在與罐壁相焊時，應(yīng)用罐壁

48、焊縫施焊的焊接工藝和與罐壁材料相適應(yīng)的焊接材料。避免對罐壁造成傷害。</p><p>　　保溫支撐件可用型鋼或用扁鋼焊接而成，支撐件的承面寬度應(yīng)小于保溫層厚度10—20mm。支撐件間距，高溫介質(zhì)時不大于2—3m，中低溫介質(zhì)不大于3—5m。支撐件的位置應(yīng)設(shè)在閥門或法蘭上方，其位置不能影響螺栓的拆卸。</p><p><b>　　4 罐底設(shè)計</b></p>

49、<p>　　4.1 罐底結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　4.1.1 罐底的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)</p><p>　　采用倒圓錐形罐底。這種罐底及其基礎(chǔ)成倒圓錐形。中間低四周高，罐底坡度一般取2%—5%。隨排除污泥雜質(zhì)，水分的要求高低而定。在罐底中央焊有集液槽，沉降的污泥和存液集中與此，由彎管自上或由下引出排放。</p><p>　　這種罐底形式的特點(diǎn)[2]如

50、下：</p><p>　　液體放凈口處于罐底中央。不管日后罐底如何變形，放凈口總是處于罐底的最低點(diǎn)，這對排凈沉降的雜質(zhì)，水分，提高儲存液體的質(zhì)量十分有利。</p><p>　　因易于清洗，對于燃料油罐可以不再設(shè)置清掃孔。</p><p>　　倒圓錐形罐底可以增加儲罐容量，儲罐直徑越大，罐底坡度越陡，可增加的容量越多。</p><p>　　因較

51、少形成凹凸變形和較少沉積，可以改善罐底腐蝕狀況。</p><p>　　罐底受力比較復(fù)雜，儲罐基礎(chǔ)設(shè)計，施工要求比正圓錐形罐底更加嚴(yán)格。</p><p>　　4.1.2 罐底的排板形式與節(jié)點(diǎn)</p><p>　　罐底的排板形式根據(jù)儲罐大小，控制焊接變形等制造工藝決定。對于直徑大于12.5m的儲罐，罐底外緣受罐作用力及邊緣力較大，故底板的外周比中部厚。易采用如下排板方

52、法。如圖4.1[1]</p><p>　　圖4.1 罐底排版圖</p><p>　　邊緣板之間，邊緣板與中幅板之間，以及中幅板之間的焊接可采用搭接焊結(jié)構(gòu)，也可采用對接焊結(jié)構(gòu)，如圖4.2,選擇對接焊工藝。焊縫下面應(yīng)緊貼墊板，墊板厚度應(yīng)不小于4mm，寬度不小于50mm，以改善焊接質(zhì)量，加強(qiáng)焊縫，減少腐蝕。當(dāng)邊緣板厚度不大于6mm焊接可不開坡口，但焊縫間隙應(yīng)大于6mm。當(dāng)邊緣板厚度大于6mm應(yīng)開

53、V型坡口。</p><p>　　圖4.2 加墊板的V型破口圖</p><p>　　罐底排板選擇帶墊板的單面焊對接結(jié)構(gòu)。與采用傳統(tǒng)的搭接焊相比，對接焊強(qiáng)度高，能保持罐底平整，節(jié)省罐底材料。但要求嚴(yán)格，施工不如搭接焊方便。</p><p>　　罐底與罐壁底圈的內(nèi)外交焊縫均采用連續(xù)焊，焊接高度等于罐底的邊緣板厚度。當(dāng)邊緣板厚度大于等于10mm時，為改善受力情況避免應(yīng)力集中

54、，采用如圖所示的角焊方法。</p><p>　　4.2 罐底的應(yīng)力計算</p><p>　　4.2.1 中幅板的薄膜力</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　罐壁與邊緣板之間的約束彎矩 </p&

55、gt;<p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中t—邊緣板厚（mm）；</p><p>　　—罐壁第一圈壁板特征系數(shù)，；</p><p><b>　　—泊松比，0.3；</b></p><p>　　R—儲罐半徑，7.5m；</p><p>

56、　　—儲罐第一圈厚度，10mm；</p><p>　　—中幅板的平均厚度，6mm；</p><p>　　—底板上的液壓高度，10.5m；</p><p>　　P—作用在罐底上的儲液壓力，P= ；</p><p>　　—儲液密度，800Kg/m3 ；</p><p>　　L—邊緣板彎曲剛度，14.03m；</p&g

57、t;<p>　　D—邊緣板彎曲剛度；</p><p>　　K—彈性地基系數(shù)（一般取為400KN/m2）；</p><p>　　β—罐壁邊緣板特征系數(shù)，；</p><p><b>　　；；</b></p><p><b>　??；；</b></p><p>　　邊緣

58、板上表面的徑向應(yīng)力分布為 （4.3）</p><p>　　邊緣板上表面的環(huán)向應(yīng)力分布為 （4.4）</p><p>　　式中-邊緣板受彎區(qū)域內(nèi)任一點(diǎn)的彎矩 如圖4.3所示的力的平衡關(guān)系</p><p>　　圖4.3 力的平衡關(guān)系圖</p><p>　　再分別求出及的彎矩Mx

59、</p><p><b>　　當(dāng)x=0時 </b></p><p><b>　　當(dāng)x=時 </b></p><p><b>　　當(dāng)時 </b></p><p>　　所以當(dāng)x=時，有最大值且</p><p><b>　　所以</b>&

60、lt;/p><p><b>　　故均為安全</b></p><p><b>　　5 罐頂設(shè)計</b></p><p>　　5.1 拱頂結(jié)構(gòu)及主要的幾何尺寸</p><p>　　拱頂罐是目前立式圓柱形儲罐中使用最廣泛的一種罐頂形式，拱形的主體是球體，它本身是重要的結(jié)構(gòu)，儲罐沒有衍架和立柱，結(jié)構(gòu)簡單，剛性

61、好，承壓能力強(qiáng)。</p><p>　　球面由中小蓋板瓜皮板組成，瓜皮板一般做成偶數(shù)，對稱安排，板與板之間相互搭接，搭接寬度不小于5倍板厚，且不小于25mm實(shí)際搭接寬度多采用40mm罐頂?shù)耐鈧?cè)采用連接焊，內(nèi)側(cè)間斷焊，中心蓋板搭在瓜皮板上，搭接寬度一般取50mm，頂板的厚度為4～6mm。用包邊角鋼連接的拱頂只有一個曲率，所以又稱球頂。這種結(jié)構(gòu)形式在拱頂與罐壁的連接處，（即拱腳）邊緣應(yīng)力較大，為防止油罐破壞裝油高度不宜

62、超過拱腳，即拱頂部分不能裝油，但球頂罐制作方便，因而得到較廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　拱頂?shù)那蛎姘霃揭话闳n=0.8～1.2D</p><p>　　式中D-儲罐直徑，15m；</p><p>　　取Rn=1.0D=15000mm</p><p>　　0 、、D2 、a、b、根據(jù)圖可知，有</p><p>　　s

63、in0 = 0 =30° (5.1)</p><p>　　sin0 = (5.2)</p><p>　　式中D2 -中小孔直徑，查表得D2 =2000mm</p><p>　　sin0 = 0 =3.872°</p>

64、<p>　　a-取25mm b-取30 mm</p><p>　　5.2 扇形頂板尺寸</p><p>　　扇形頂板塊數(shù)n最好為偶數(shù)，扇形頂板小頭的弧長CD不得小于180 mm， </p><p>　　則瓜邊板的展開式狀。</p><p>　　R1=Rtg0 =15000tg30°=8660.3mm</

65、p><p>　　R2=Rtg=15000tg4.096=1003.4mm</p><p><b>　　=mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　5.3 包邊角鋼</b></p><p>　?。?）包邊角鋼與罐頂板

66、之間采用連接較弱，僅需在外側(cè)采用單面連續(xù)焊，以保證儲罐的密封，焊腳高度不宜大于頂板厚度的3/4，且不大于4mm。</p><p>　?。?）根據(jù)SH3046規(guī)定儲罐所應(yīng)采用最小包邊角鋼見表5.1[1]。</p><p>　　表5.1 包邊角鋼最小尺寸</p><p>　　6 貯罐附件及其選用</p><p><b>　　6.1

67、人孔</b></p><p>　　人孔主要在檢修和消除液渣時，以及容器內(nèi)部附件的安裝和拆卸進(jìn)出貯罐用，安裝于罐壁第一圈板上，其中心距離罐底約750㎜，Di〉3000時，人孔直徑不小于500㎜，取600㎜。</p><p>　　由于不需補(bǔ)強(qiáng)的最大孔徑要滿足下述全部要求：⑴設(shè)計壓力小于或等于2．5Mpa；⑵兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；⑶接管公稱外徑小于或等于89

68、㎜。</p><p>　　由于89〈600，故需要開孔補(bǔ)強(qiáng)，采取密集補(bǔ)強(qiáng)等:⑴適用范圍：①適用于承受內(nèi)壓的圓角的徑向單個原形開孔的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計。②兩相鄰開孔邊緣的間距不得小于。③在圓筒上，最大開孔尺寸應(yīng)在；④應(yīng)與殼體焊成整體，且采用全熔透焊縫，過濾部分打磨圓角。</p><p><b>　　⑵補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計：</b></p><p>　　所需補(bǔ)強(qiáng)面積，有

69、的大小確定。</p><p><b>　　所以=</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　有效補(bǔ)強(qiáng)范圍。對于圓筒有：</p><p>　　Lc=0.472Pi</p>

70、<p><b>　　=0.472</b></p><p><b>　　=83.9mm</b></p><p>　　故補(bǔ)強(qiáng)面積為A=4500mm2 ，補(bǔ)強(qiáng)板取Dg200 材料16Mn</p><p><b>　　6.2 通氣孔</b></p><p>　　用于貯存易

71、揮發(fā)介質(zhì)的固定頂罐上再貯罐頂部靠近頂罐中心處安裝，起呼吸作用，如圖6.1所示：</p><p><b>　　圖6.1 通氣孔</b></p><p>　　表6.1 通氣孔規(guī)格</p><p><b>　　6.3 量液孔</b></p><p>　　使用于安裝有通氣孔的貯罐，公稱直徑一般為DN150

72、安裝于固定罐壁附近的頂部，往往在透氣孔附近。用來測定液量或取樣用。</p><p>　　量液孔德正下方應(yīng)避開加熱器或其它設(shè)備，其法蘭要求水平，為了使量液孔嚴(yán)密，蓋內(nèi)側(cè)刻有一圈特別的凹槽，測量時，量液尺沿著導(dǎo)向槽放于罐底，導(dǎo)向槽或量液孔殼應(yīng)用有色金屬（Al）制成，以免量液尺與其摩擦產(chǎn)生火花，而發(fā)生危險。</p><p>　　6.4 貯罐進(jìn)出液口</p><p>　　

73、進(jìn)液口開在罐頂，據(jù)罐壁750 mm,孔徑取為300mm，出液口開在罐壁第一圈的位置，距罐底200mm,孔徑取為300mm.</p><p>　　6.5 法蘭和墊片</p><p>　　法蘭連接應(yīng)滿足的基本要求是：法蘭可靠，選擇合理，如在操作壓力和溫度有浮動，介質(zhì)有較強(qiáng)的腐蝕的情況下，仍能緊密不漏，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，有足夠的抵抗所有作用力的強(qiáng)度和剛度；能保證裝卸而不影響密封性能。<

74、/p><p>　　選擇DN200的法蘭，材料為16MnR，選擇DN200的法蘭，材料為16MnR,匹配溫度0°-30°，螺母材料為Q235。</p><p><b>　　7 焊接工藝</b></p><p>　　焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的一般工藝過程，如圖7.1所示，焊接時整個過程中的核心工序。</p><p>　

75、　圖7.1 焊接工藝過程圖</p><p>　　7.1 板材檢驗(yàn)，首先檢測板材是否合格。</p><p>　　7.2 鋼材的矯形：凈化與板加工。</p><p>　　凈化常用方法用鋼絲刷，砂紙等。材料在搬運(yùn)和貯存中會產(chǎn)生扭曲，彎曲，隆起等缺陷，在剪切冷割，焊接中也會產(chǎn)生變形，妨礙后面工作的進(jìn)行，因此必須矯正。</p><p><b&

76、gt;　　焊接材料的選用。</b></p><p>　　表7.1 焊接材料選用表</p><p>　　7.4 貯罐底板、壁板、頂板制造、組裝與焊接</p><p>　?。?）底板制造 ①為補(bǔ)償焊接收縮，罐底的排版直徑比設(shè)計直徑達(dá)5-2mm；</p><p>　?、诠薜走吘壈鍖討?yīng)采用機(jī)械加工自動或半自動加工</p>

77、<p>　　③罐底板上任意兩個相鄰焊接接頭之間的距離，以及邊緣板對接接頭距離底圈壁板縱焊縫的距離，不大于200mm</p><p><b>　　組裝 </b></p><p>　?、俳M裝底板鋪設(shè)前，先在基礎(chǔ)上，畫出十字中線，安排板圈</p><p>　　鋪設(shè)，中間板條，然后再向兩側(cè)鋪設(shè)，中幅板和邊緣板。</p>&l

78、t;p>　?、诠薜椎暮附樱盖皯?yīng)注意焊口的清渣與干燥，在鋼板搭接處不允許夾有泥沙，油污等。采用卷制法底中心板，則明顯的提高了中心板的制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率，卷板間采用對接接頭，以改善罐底中心板的安裝條件，中心板焊接順序的方向是由中心板中心順序向四周進(jìn)行。卷制中心板在工廠加工雙房發(fā)生裝采用簡易楔形夾緊器來固定，并墊有墊板，來保證焊接質(zhì)量。</p><p>　?、圻吘壈迮c罐壁的焊接，順序是先焊邊緣板上的對接焊縫，再

79、焊接邊緣板與罐壁最下一圈板之間的環(huán)形角焊縫，最后焊邊緣板的搭接焊縫。</p><p>　　④收縮焊縫的焊接時中幅板與邊緣板之間的對接焊縫，它的焊接必須是除了配工件處整個貯罐的最后一道工序</p><p>　?。?） 底板的焊接采用手工電弧焊 ，焊條J507或J506電壓18V電流100A。 </p><p>　　7.5 壁板的制造與安裝 </p>&

80、lt;p>　　對于最大，厚度不超過18mm的各種容器的液體或氣體貯罐，先進(jìn)國家已采用工廠中卷制壁板在工地安裝的形式，由于設(shè)計中壁厚小于等于18，也采用工廠卷制，工地安裝。</p><p>　　首先對罐壁鋼板的四邊及坡口采用，機(jī)械加工或半自動火焰切割加工，對切口要求光潔平整，消除邊緣的毛刺，氧化鐵等。</p><p><b>　　工廠中卷制板塊。</b></

81、p><p>　　卷紙板的工地安裝，卷紙板運(yùn)往工地后，又用機(jī)動車輛將其展開，由于卷紙板極其長，已達(dá)到立罐的高，只有罐壁的立焊合罐壁與底板邊緣板的環(huán)形角焊縫在工地進(jìn)行。立焊采用手工電弧焊完成，底圈壁板與底邊緣板之間角焊縫，應(yīng)在底圈罐壁板縱焊縫后再焊，包邊角鋼自身連續(xù)必須 采用全焊透的對接。</p><p><b>　　壁對接焊時要對齊。</b></p><

82、p>　　7.6 頂蓋的組裝與焊接</p><p>　?。?）先制造頂蓋①在預(yù)制前先根據(jù)圖和材料的尺寸確定頂板的塊數(shù)，并繪制排板圖②每塊頂板應(yīng)先在胎具上拼裝成形③拱頂板預(yù)制后，用樣板檢查，間隙不應(yīng)小于6mm。</p><p>　?。?）組裝焊接①首先檢查包邊角鋼的橢圓度，并劃線，先焊罐頂板，然后在焊罐中心，設(shè)立安裝頂板的臨時支架，隙板應(yīng)對稱地組裝，為防止頂板中部下凹，應(yīng)采取臨時支架措

83、施。②焊接順序：a先焊內(nèi)側(cè)的斷續(xù)焊縫，后焊外部的連續(xù)焊縫。b連續(xù)焊縫應(yīng)先焊環(huán)向短焊縫，此縫的施焊應(yīng)由中心向外并采用分段退焊。c頂板和包邊的角鋼的環(huán)縫，應(yīng)由幾名焊工均勻分布，站在同一方向分段退焊。</p><p>　　7.7 焊縫的檢驗(yàn)和總體試驗(yàn)</p><p>　?。?）焊縫檢驗(yàn) ①所有焊縫未經(jīng)檢驗(yàn)合格，嚴(yán)禁涂刷漆。②焊縫應(yīng)進(jìn)行外觀</p><p>　　檢查。③焊

84、縫要進(jìn)行無損探傷檢測。</p><p>　?。?）焊縫返修 ①需返修焊縫應(yīng)先把缺陷清除，②返修次數(shù)不超過兩次。③罐底的嚴(yán)密性試驗(yàn)，罐壁和頂?shù)膰?yán)密性和強(qiáng)度試驗(yàn)用充水檢查。</p><p>　　用手工電弧焊J50或J506焊條，焊劑用431</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　徐英,楊一凡

85、,朱萍等.球罐和大型儲罐.第一版.化學(xué)工業(yè)出版社，2004.11:158-303</p><p>　　劉湘秋.常用壓力手冊.機(jī)械工業(yè)出版社，2004.11：19-80</p><p>　　吳粵淼.壓力容器安全技術(shù)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社，1989.6:32-90</p><p>　　中國機(jī)械工程學(xué)會焊接會. 焊接手冊 焊接結(jié)構(gòu) 第三卷.機(jī)械工業(yè)出版社，2001.8:36

86、9-894</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 儲罐及其發(fā)展概況2</p><p><b>　　2 設(shè)計方案3</b></p><p>　　2.1 各種設(shè)計方法3</p><p>　　2.2 各種方法優(yōu)缺點(diǎn)比較3</p&g

87、t;<p>　　2.3 油罐的基礎(chǔ)4</p><p><b>　　3 罐壁設(shè)計5</b></p><p>　　3.1 罐壁的強(qiáng)度計算5</p><p>　　3.2 儲罐的風(fēng)力穩(wěn)定計算6</p><p>　　3.3 儲罐的抗震計算9</p><p>　　3.4 罐

88、壁結(jié)構(gòu)14</p><p><b>　　4 罐底設(shè)計18</b></p><p>　　4.1 罐底結(jié)構(gòu)設(shè)計18</p><p>　　4.2 罐底的應(yīng)力計算20</p><p><b>　　5 罐頂設(shè)計23</b></p><p>　　5.1 拱頂結(jié)構(gòu)及主要的幾

89、何尺寸23</p><p>　　5.2 扇形頂板尺寸24</p><p>　　5.3 包邊角鋼24</p><p>　　6 貯罐附件及其選用25</p><p>　　6.1 人孔25</p><p>　　6.2 通氣孔26</p><p>　　6.3 量液孔26<

90、/p><p>　　6.4 貯罐進(jìn)出液口27</p><p>　　6.5 法蘭和墊片27</p><p>　　7 焊接工藝28</p><p>　　7.1 板材檢驗(yàn)，首先檢測板材是否合格。28</p><p>　　7.2 鋼材的矯形：凈化與板加工。28</p><p>　　7.3

91、 焊接材料的選用。29</p><p>　　7.4 貯罐底板、壁板、頂板制造、組裝與焊接29</p><p>　　7.5 壁板的制造與安裝30</p><p>　　7.6 頂蓋的組裝與焊接30</p><p>　　7.7 焊縫的檢驗(yàn)和總體試驗(yàn)31</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)31</p&